MXPA96004451A - Barrena giratoria con proteccion mejorada de diaclasa transversal y sello - Google Patents

Abstract

La presente invención se refiere a unabarrena giratoria (10) para formar un pozo de sondeo que tiene un cuerpo con un lado inferior (15) y una porción superior adaptada (20) para la conexión a una columna perforadora. La barrena (10) gira en torno a un eje central (26) del cuerpo. Varios brazos espaciados angularmente (21) se forman integralmente con el cuerpo y dependen del mismo. Cada brazo (21) tiene una superficie interior (24) con un husillo (23) conectado aéste y una superficie interior (24) con un husillo (23) conectado aéste y una superficie de revestimiento (25). Cada husillo (23) se proyecta generalmente hacia abajo y hacia adentro con respecto al eje central (26), tiene una torsión extrema superior generalmente cilíndrica conectada a la superficie interior (24), y tiene una superficie de sellado interior en la porción del extremo superior. Varias diaclasas transversales de cono giratorias (11) igual al número de brazos (21) están montadas cada una en uno de los husillos (23). Cada una de las diaclasas transversales (11) incluye una pared interna generalmente cilíndrica que define una cavidad (36) para recibir el husillo (23), un espacio (41) con una primera porción generalmente cilíndrica definida entre el husillo (23) y la pared de la cavidad, una superficie de sellado exterior en la pared de la cavidad concéntrica a la superficie de sellado interior, y un elemento de sellado (43) que abarca el espacio (41) y que sella superficies de sellado interior y exterior.

Description

BARRENA GIRATORIA CON PROTECCIÓN MEJORADA DE DIACLASA TRANSVERSAL Y SELLO CAMPO TÉCNICO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere en general a barrenas giratorias utilizadas en la perforación de un pozo de sondeo en la tierra y en particular a la protección de la superficie del sello y los cojinetes entre la parte interna de la diaclasa transversal giratoria y el husillo sobre el cual se monta la diaclasa transversal. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Un tipo de barrena usada en la formación de un pozo de sondeo en la tierra es una barrena de cono de rodillos. Una barrena de cono de rodillos típica comprende un cuerpo con un extremo superior adaptado para la conexión a una columna perforadora. Dependiendo de la porción extrema inferior del cuerpo se encuentra una pluralidad de brazos, típicamente tres, cada uno con un husillo saliendo radialmente hacia adentro y hacia abajo con respecto al eje giratorio proyectado del cuerpo. Una diaclasa transversal de cono se monta en cada husillo y se soporta giratoriamente en cojinetes que actúan entre el husillo y la parte interior de la cavidad que recibe el husillo en la diaclasa transversal. En el lado inferior del cuerpo y radialmente hacia adentro de los brazos se encuentra una o más boquillas. Estas boquillas están colocadas para dirigir el lodo de perforación que pasa hacia abajo a partir de la columna perforadora hacia la parte inferior del pozo de sondeo que se está formando. El lodo de perforación lava el material removido de la parte inferior del pozo de sondeo y limpia las diaclasas transversales, transportando la viruta de perforación radialmente hacia afuera y luego hacia arriba dentro del conducto anular definido entre el cuerpo de la barrena y la pared del pozo de sondeo. La protección de los cojinetes que permite la rotación de la barrena de cono de rodillos puede prolongar la vida de servicio útil de una barrena. Una vez que permite que los escombros de la perforación que infiltren entre la superficie de los cojinetes del cono y el husillo, seguirá poco después la falla de la barrena. Se han empleado varios mecanismos para ayudar a mantener los escombros fuera de las superficies de cojinete. Un enfoque típico es utilizar un sello elastomérico a través del espacio entre la superficie del cojinete de la diaclasa transversal giratoria y su soporte en la barrena. Sin embargo, una vez que el sello falla, nuevamente no pasa mucho tiempo antes de que los escombros de perforación contaminen las superficies del cojinete a través del espacio entre la diaclasa transversal diaclasa transversal giratoria y el husillo. Por lo tanto, es importante que el sello esté completamente protegido en contra del desgaste provocado por los escombros que se encuentran en el pozo de sondeo. Por lo menos dos enfoques de la técnica anterior se han empleado para proteger el sello de los escombros del pozo.

Un enfoque es proporcionar botones de revestimiento con metal de aleación dura y botones de desgaste a lados opuestos del espacio entre el brazo de soporte del husillo y la diaclasa transversal, respectivamente, en donde el espacio se abre al exterior de la barrena y está expuesto al lodo del pozo que transporta escombros. Estos botones desaceleran la erosión del metal adyacente al espacio, por lo tanto prolongan el tiempo antes de que el sello quede expuesto a los escombros del pozo de sondeo. Otro enfoque es construir las partes de ajuste interno de la diaclasa transversal y el brazo de soporte del husillo de tal manera que se produzca en el espacio una trayectoria tortuosa para el sello que sea difícil de seguir para los escombros. Un ejemplo de esta disposición última se divulga en la Patente de los Estados Unidos No. 4,037,673. Un ejemplo del primer enfoque se usa en una barrena tricónica convencional en donde la base de cada diaclasa de cono en la unión del husillo y el brazo de soporte se define por lo menos en parte por una superficie substancialmente flustocónica, denominada cara posterior del cono. Esta cara posterior del cono está inclinada en la dirección opuesta de la superficie cónica del casco o punta de la diaclasa transversal e incluye una pluralidad de botones de metal duro o elementos compactos de superficie. Las últimas están diseñadas para reducir el desgaste de la porción frustocónica de la cara posterior del cono en el lado del espacio. Del otro lado del espacio, la punta del brazo de soporte relacionado está protegida por un material de recubrimiento duro. Para fines de definición, esa porción del brazo que se encuentra en la parte exterior de la barrena y por debajo de la boquilla se denomina superficie de revestimiento o simplemente revestimiento. Más específicamente, al referirse a barrenas de la técnica previa, radialmente hacia afuera de la unión del husillo y el brazo, y hacia el lado exterior de la barrena, la porción señalada en la parte inferior del revestimiento se denomina la punta del revestimiento o punta de revestimiento. Durante la perforación con barrenas giratorias del carácter anterior, a menudo los escombros se acumulan entre la cara posterior de la diaclasa transversal de cono y la pared del pozo de sondeo generalmente dentro del área en donde el espacio se abre al conducto anular del pozo de sonde. Como resultado, puede erosionarse el lado inferior del extremo de la punta del revestimiento que encabeza la dirección de giro de la barrena durante la perforación, esto es, el primer borde. Conforme esta erosión progresa, el recubrimiento duro que cubre las puntas del revestimiento a la larga saltan escamas. Esta escamación expone al material más suave que se encuentra en la base a la erosión y por lo tanto disminuye la trayectoria que los escombros pueden tomar a través del espacio hacia el sello. Este acortamiento de trayectoria expone en última instancia al sello a los escombros del pozo de sondeo provocando así la falla del sello. RESUMEN DE LA INVENCIÓN La presente invención contempla una barrena giratoria mejorada mediante la construcción novedosa de la relación de interajuste entre las diaclasas transversales de cono y el brazo de soporte respectivo para cada diaclasa de cono de tal manera que se proteja de mejor manera en contra de la erosión en el espacio de libramiento entre cada diaclasa transversal de cono y su brazo de soporte respectivo, y proteger por lo tanto de mejor manera al sello que bloquea los escombros del pozo que dañan al cojinete asocicido. En un aspecto de la invención, un conjunto de brazo de soporte y diaclasa transversal de una barrena para roca giratoria que tiene un cuerpo proporciona protección superior contra la erosión. El conjunto incluye un brazo formado integralmente con el cuerpo y tiene una superficie interior, una superficie de revestimiento y un extremo inferior. La superficie interior y la superficie de revestimiento son contiguas al extremo inferior. Un husillo se conecta a la superficie interior y se inclina hacia abajo con respecto al brazo. Una porción del husillo define una superficie de sellado interior. El conjunto también incluye una diaclasa transversal que define una cavidad con una abertura para recibir husillo. Una diaclasa transversal que define una superficie de sellado interior. El conjunto también incluye una diaclasa transversal que define una cavidad con una abertura para recibir el husillo. Una porción de la cavidad define una superficie de sellado exterior que es concéntrica a la superficie de sellado interior. El conjunto incluye adicionalmente un sello para formar una barrera líquida entre la superficie del sellado interior y exterior. Un espacio tiene una porción formada entre la cavidad y el husillo, y tiene una abertura contigua al extremo inferior. En un aspecto relacionado de la invención, la protección contra la erosión se logra retirando la punta del revestimiento del brazo de soporte respectivo y expandiendo la cara posterior del cono relacionado tanto en la dirección radial como axial en relación con el husillo sobre el cual se monta el cono. Como resultado, la posición de la abertura del espacio cambia, la ruta de flujo a través del espacio entre el sello y la abertura del espacio se alarga y orienta en una dirección hacia arriba, la cara posterior del cono ayuda a la desviación del lodo del pozo alejándolo de la abertura del espacio y hacia el conducto anular del pozo. En otro aspecto relacionado de la invención, la protección contra la erosión se logra acortando la punta del revestimiento. Como resultado, la posición de la abertura del espacio cambia, la cara posterior del cono ayuda a la desviación del flujo del lodo del pozo alejándolo de la abertura del espacio, en una primera porción de la trayectoria del flujo del espacio está inclinada hacia arriba, y una segunda porción incluye la abertura que está inclinada hacia abajo. En otro aspecto de la invención, una diaclasa transversal de cono compuesta para uso con una barrena giratoria está provista con la cara posterior del cono teniendo una cobertura de metal duro, por ejemplo recubrimiento de metal duro. Alternativamente, una porción del cono compuesto incluye la cara posterior está fabricado en metal duro de tal manera que la porción de la base del cono compuesto adyacente al espacio es muy resistente tanto a la erosión como al desgaste. Al lograr esto, un aspecto importante y preferido de la invención es la formación de un cono compuesto para una barrena de cono giratoria que será compuesta de materiales y símbolos normalmente incompatibles entre sí bajo los pasos del procesamiento usuales requeridos para la fabricación de una barrena de cono giratoria. Específicamente, la cara posterior del cono está formada por un material metálico duro que es más resistente a la erosión y el desgaste que los materiales de recubrimiento duro convencionales, y están bien incompatibles con los procesos de tratamiento de calor usuales a los cuales está sujeta la porción principal o tapa del cono. La anterior y otras ventajas de la presente invención se volverán aparentes a partir de la siguiente descripción de las incorporaciones preferidas para efectuar la invención cuando se tomen en conjunto con los dibujos anexos. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para una comprensión más completa de la presente invención, y las ventajas de la misma, ahora se hace referencia a las siguientes descripciones tomadas en conjunto con los dibujos anexos, en donde*: La FIGURA 1 es una vista isométrica de una barrena de cono giratoria que incorpora las características novedosas de la presente invención; La FIGURA 2 es una vista en corte transversal alargada con porciones retiradas que muestra a una de las diaclasas de cono giratorias montada en un brazo de la barrena ilustrada en la FIGURA 1 en acoplamiento de perforación con la parte interior de un pozo de sondeo; La FIGURA 2A es una porción de la diaclasa de cono giratorio mostrada en la FIGURA 2 alargada para claridad de la ilustración; La FIGURA 3 es una vista elevada con porciones retiradas del brazo y la diaclasa de cono giratoria relacionada tomada substancialmente a lo largo de la línea 3-3 de la FIGURA 2; La FIGURA 4 es una vista en corte transversal tomada substancialmente a lo largo de la línea 4-4 de la FIGURA 2; y La FIGURA 5 es una vista similar a la FIGURA 2 que muestra una incorporación alternativa de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Las incorporaciones preferidas de la presente invención y sus ventajas se entienden de mejor manera haciendo referencia a las FIGURAS 1-5 de los dibujos, usándose números iguales para las piezas iguales y correspondientes en los varios dibujos. Como se muestra en los dibujos para fines de ilustración, la presente invención se incorpora en una barrena de cono giratoria 10 del tipo utilizado en la perforación de un pozo de sondeo en la tierra. La barrena de cono giratoria 10 puede denominarse en ocasiones como "barrena de roca giratoria". Con la barrena de cono giratoria 10, la acción de corte ocurre cuando las diaclasas en forma de cono 11 giran alrededor de la parte inferior del pozo de sondeo mediante la rotación de una columna perforadora (no mostrada) a la cual está conectada la barrena 10. Las diaclasas transversales 11 pueden en ocasiones denominarse "diaclasas de cono giratorias" o "diaclasas de cono de rodillo". Como se muestra en la FIGURA 1, las diaclasas transversales 11 incluyen cada una bordes de corte formados por acanaladuras 12 e inserciones sobresalientes 13 que raspan y penetran los lados y la parte inferior del pozo de sondeo bajo el peso aplicado a través de la columna perforadora. La formación de escombros de material creada así es transportada desde la parte inferior del pozo de sondeo mediante el lodo de perforación expulsado por las boquillas 14 (FIGURA 1) que se encuentran en el lado inferior 15 de la barrena 10. El líquido que transporta escombros fluye generalmente de manera radial hacia afuera entre el lado inferior 15 o exterior de la barrena 10 y la parte inferior del pozo de sondeo, y luego fluye hacia arriba en dirección de la cabeza del pozo (no mostrada) a través del conducto anular 16 (FIGURA 2) definido entre la barrena 10 y la pared lateral 17 del pozo de sondeo. Para algunas aplicaciones, los husillos 23 también pueden inclinarse a un ángulo de cero a tres o cuatro grados en dirección del giro de la barrena 10. Al considerar la estructura con mayor detalle, la barrena 10 (FIGURA 1) comprende un cuerpo alargado 19 con una sección superior ahusada, roscada externamente 20 adaptada para asegurarse al extremo inferior de la columna perforadora. Dependiendo del cuerpo 19 se encuentran tres brazos de soporte 21 (dos visibles en la FIGURA 1) , cada uno con un husillo 23 (FIGURA 2) conectado a y extendiéndose desde una superficie interior 24 (FIGURA 2) de esto y con la superficie exterior de revestimiento 25. La superficie interior 24 y la superficie exterior de revestimiento 25 son contiguas en el extremo inferior del brazo 21.. Los husillos 23 están inclinados preferentemente hacia abajo y hacia adentro con respecto a un eje central 26 de un cuerpo de barrena 19 de tal manera que la barrena 10 gira, la parte exterior de las diaclasas transversales 11 se acoplan a la parte inferior del pozo de sondeo. Para algunas aplicaciones, los husillos 23 también pueden estar inclinados a un ángulo de cero a tres o cuatro grados en dirección de la rotación de la barrena 10. Dentro del alcance de la presente invención, cada una de las tres diaclasas transversales 11 está construida y mostrada en su husillo relacionado 23 de manera sustancialmente idéntica (salvo por el patrón de las hileras de inserciones 13) . Por consiguiente, sólo uno de los conjuntos de brazo 21/diaclasa transversal 11 se describe con detalle, apreciándose que cada descripción se aplica también a los otros conjuntos de diaclasas con dos brazos. Como se muestra en la FIGURA 2, las inserciones 13 se montan dentro de alojamientos 27 formados en una capa o punta en forma cónica 29 de la diaclasa transversal 11. Una porción de base 30 de la diaclasa transversal 11 incluye una porción exterior de forma frustocónica 33 con acanaladuras 12 formadas en ésta. La porción exterior 33 está preferentemente inclinada en una dirección opuesta al ángulo de la punta 29. La porción de base 30 también puede denominarse como "anillo de cara posterior" o "anillo de matriz". La porción exterior 33 de la base 30 define en parte la cara posterior 31 de la diaclasa 11. La base 30 también incluye una porción extrema 34 que se extiende radialmente en relación con el eje central 35 del husillo 23. La porción de base 30 y la punta 29 colabora para formar la diaclasa transversal de cono giratoria compuesta 11. Abriéndose hacia adentro de la porción extrema 34 se encuentra una cavidad generalmente cilindrica 36 para recibir el husillo 23. Un cojinete adecuado 37 se monta preferentemente en el husillo 23 y se acopla entre la pared del cojinete 39 de la cavidad 36 y una superficie de cojinete anular 38 que se encuentra en el husillo 33. Un sistema retenedor de bola convencional 40 asegura la diaclasa transversal 11 al husillo 23. Sellando el espacio 41 (FIGURA 2 y 2A) entre una pared exterior 42 (FIGURA 2) del husillo 23 y una pared interior 45 (FIGURA 2A) de la cavidad 36 se encuentra un sello de elastómero 43. El sello 43 se localiza adyacente a la unión del husillo 23 con el brazo de soporte 21 y protege en contra de infiltración de escombros procedentes del conducto anular del pozo de sondeo 16 a través del espacio 41 hacia el espacio entre la superficie de cojinete relativamente giratorias 38 y 39 del husillo 23 y la diaclasa transversal 11. Dicha infiltración provocará a la larga daño al cojinete 37 y mal funcionamiento de la barrena 10. Con una abertura localizada adyacente a la superficie exterior o recubrimiento 25 y contigua al extremo inferior del brazo 21, el espacio 41 se abre por lo tanto al conducto anular del pozo de sondeo 16. Es importante que el ancho del espacio 41 se mantenga relativamente pequeño y la longitud del espacio 41 entre su abertura al conducto anular 16 y el sello 43 se mantenga relativamente largos de tal manera que se reduzca la infiltración de escombros que puedan desgastar el sello 43 conforme la barrena 10 gire. De conformidad con un aspecto de la presente invención, la diaclasa transversal 11 y el brazo de soporte 21 están construidos de manera única de tal forma que la porción de base 30 de la diaclasa 11 se entreajusta con el husillo 23 de tal manera que el espacio 41 se extiende a través de su longitud de una dirección sustancialmente paralela al eje del husillo 35. Específicamente, el espacio 41 incluye un segmento cilindrico exterior 44 (cuya dirección se indicia mediante la línea en arco de la FIGURA 3), que se interpreta con la superficie de revestimiento 25 y se abre hacia arriba y hacia afuera de entre el husillo 23 y la diaclasa transversal 11 hacia el conducto anular 16 del pozo de sondeo. Como resultado, el metal duro dispuesto adyacente al espacio 41 protege de mejor manera las paredes 42 y 45 en contra de la erosión. La vida de servicio del sello 43 y por lo tanto el cojinete 37 se prolonga, particularmente sobre aquellas disposiciones de la técnica previa que tienen una punta de revestimiento con un lado inferior que con el paso del tiempo puede quedar expuesto a la erosión provocada por los escombros del pozo de sondeo. Para ayudar a proteger en contra de la erosión que ensancha el espacio 41 mediante la erosión del brazo 21, la parte inferior del revestimiento 25 adyacente al espacio 41 puede cubrirse con una capa 46 de material de recubrimiento duro convencional. Un material de recubrimiento duro preferido comprende partículas de carburo de tungsteno dispersas en una matriz de aleación con base en cobalto, níquel o hierro y puede aplicarse utilizando procesos de soldadura por fusión bien conocidos u otras técnicas adecuadas. Se logra protección adicional en contra de la erosión espaciando la porción exterior 33 y la cara posterior 31 de la diaclasa transversal Ll radialmente hacia afuera a una distancia X de la capa de recubrimiento duro 46 (FIGURA 2A) . La distancia X permite a la cara posterior 31 desviar el flujo de lodo de perforación dentro del conducto anular 16 lo suficiente para impedir que el lodo fluya directamente hacia la abertura del espacio 41. La distancia X es una función del diámetro del pozo de sondeo y del tipo de barrena (sin sello, sello o doble sello), y va de 1/16" a 3/16". Para la presente incorporación, la X puede ser de aproximadamente 1/8". En virtud de esta construcción, una porción de borde principal 47 del revestimiento 25 está protegida de choque de los escombros transportados por el lodo de perforación que fluye hacia arriba. Es posible ilustrar más claramente en la FIGURA 3, en donde la dirección de la rotación de la barrena 10 se indica por la flecha y el espacio radialmente hacia afuera X bloquea eficazmente la porción del extremo inferior 47 del brazo 21 y encontrarse directamente en la trayectoria de los escombros transportados por el flujo del lodo de perforación. Para una mejor susceptibilidad del uso de la cara posterior 31 del lado cónico del espacio 41, la cara posterior 31 está provista ya sea con una cubierta de metal duro o fabricada con metal duro. La cubierta de metal duro que proporciona la cara posterior 31 se muestra como la capa 49 (FIGURA 2A) formada con material de recubrimiento duro. La capa 49 es preferentemente más dura que el material de recubrimiento duro que comprende la capa 46, y está conectada a la porción 33 de la base 30 sin el uso de material de relleno. Específicamente, la capa 49 comprende un compuesto de material que incluye partículas de carburo de tungsteno rodeadas por una matriz de una aleación con base en cobre, níquel, hierro o cobalto que se aplica directamente a la porción de base 30 sobre sustancialmente toda la porción exterior 33. Entre otros materiales de recubrimiento duro alternativos y aceptables destacan carburos, nitruros, boruros, carbonitruros, silisuros de tungsteno, niobio, vanadio, molibdeno, silicio, titanio, tántalo, hafnio, sirconio, cromo o boro, diamante, compuestos de diamante, nitruro de carbono, y mezclas de estos. Para una aplicación, se usan partículas de carburo de tungsteno con el rango de tamaño proporcionado en el Cuadro 1 para formar la capa 49. Preferentemente, el anillo de la cara posterior 30 comprende una aleación infiltrante que consta de 25 por ciento en peso de Mn, 15 por ciento en peso de Ni, y 9 por ciento en peso de Zn y 51 por ciento en peso de Cu. Esta aleación tiene buenas características de fusión y flujo, y buena humectabilidad tanto para el carburo de tungsteno como para el acero. Una capa de recubrimiento duro típica 49 puede comprender entre 20% y 40% de aleación infiltrante por volumen. Las técnicas para la filtración de la capa de recubrimiento duro 49 son bien conocidas en la técnica. Una técnica es un proceso de soldadura de hidrógeno atónico u oxicombustibles utilizando un material de tubo que contenga partículas de cerámica en una matriz con base en Ni, Co, Cu o Fe. Una segunda técnica es el Rocío Térmico o el proceso de Arco de Transferencia de Plasma que utiliza polvos que contienen partículas de cerámica en una matriz con base en Ni, Co, Cu o Fe. Esta técnica se analiza en la Patente de los Estados Unidos 4,938,991. Tanto la primera como la segunda técnica pueden efectuarse ya sea a mano o mediante soldador robotico. Una tercera técnica se analiza en la Patente de los Estados Unidos (véase las Columnas 7, 8 y 9) . Alternativamente, la capa de recubrimiento duro 49 puede aplicarse mediante un proceso de fundición barrosa en el cual las partículas duras, por ejemplo materiales de recubrimiento duro alternativos descritos para la incorporación preferida, se mezclan con un baño fundido de aleación ferrosa.

(Alternativamente, el baño fundido puede ser una aleación con base en níquel, cobalto o cobre) . Esta mezcla se vierte en un molde y se solidifica para formar un cuerpo sólido. El molde se forma directamente en el cono de la diaclasa transversal 11, el cuerpo se aglutina metalúrgicamente con el cono de la diaclasa transversal 11 conforme el cuerpo se solidifica para formar la capa 49. Pueden moldearse acanaladuras 12 durante la aplicación de la capa de recubrimiento duro 49, o puede cortarse en la capa 49 después de que ha sido aplicada. De conformidad o quizás un aspecto más amplio y más importante de la presente invención como se ilustra en la incorporación preferida de la FIGURA 2, la diaclasa transversal 11 es un cuerpo compuesto con base 30 formadas separadamente de la punta 29 e incluye un componente de metal duro no susceptible de ser tratado por calor que tiene un mayor grado de dureza del encontrado en las diaclasas transversales de cono giratorias previas. En contraste, la junta cónica 29 está fabricada con un acero convencional tratado por calor. Con esta construcción, la cara posterior 31 no es capaz de resistir tanto la erosión como el desgaste abrasivo, proporcionando así no sólo una mejor protección al sello 43, pero también sirven mejor para mantener el diámetro del calibrador de la pared del pozo de sondeo 17 , particularmente al perforar un pozo de sondeo desviado u horizontal. En el presente ejemplo, la capa o punta 29 de la diaclasa transversal 11 puede estar fabricada con cualquier acero endurecible u otra aleación de ingeniería de alta resistencia que tenga resistencia, firmeza y resistencia al desplace adecuado para soportar los rigores de la aplicación en el fondo del pozo. En la incorporación ejemplar, la punta 29 está fabricada con acero 9315 que tiene una dureza de núcleo en la condición de tratamiento por calor de aproximadamente HRC 30 a 45, y con una resistencia a la tracción última de 950 a 1480 MPa (138 a 215 si) . Otras porciones de la diaclasa transversal 11, por ejemplo las superficies de cojinete de precisión 39, también pueden formarse a partir de este acero 9315. Al producir la punta 29, la elación es tratada por calor y templada de manera convencional y bien conocida para darle la punta 29 el grado de dureza deseado. En la incorporación ilustrada, la base 30 comprende un núcleo de acero poco aleado 32 (FIGURA 2A) sobre el cual se fija la capa o recubrimiento continuo 49 de metal duro. El núcleo 32 también puede denominarse como un "anillo de matriz". (Un acero poco aleado tiene entre aproximadamente 2 y 10 por ciento en peso de contenido de aleación) . El núcleo 32 es preferentemente una pieza en forma de anillo de la misma composición material que la punta 29, pero de una aleación de acero menos costosa que no sea endurecible por temple, por ejemplo acero con bajo contenido de carbono. Al fijar la capa 49, el exterior del núcleo de acero 32 se maquina a un tamaño para recibir el recubrimiento, y se coloca en un molde preparado (no mostrado) cuya cavidad tiene forma para proporcionar el espesor del recubrimiento deseado para la capa 49. El molde preparado (no mostrado) se fresa u obtiene a partir de grafito. Cada superficie interna que entrará en contacto con el núcleo de acero 32 se pinta con parataponado de soldadura fuerte, por ejemplo pintura Green Stop Off® de Wall Colmonoy. También se pintan las superficies del núcleo de acero 32 que no serán recubiertas con la capa de recubrimiento duro 49. Preferentemente, el molde está diseñado de tal manera que la expansión térmica del núcleo de acero 32 no desgaste las partes frágiles del molde de grafito. El núcleo de acero 32 se monta dentro del molde pintado. Las partículas duras que forman la capa de recubrimiento duro 49 se distribuyen entonces dentro de la cavidad del molde. El Cuadro 1 muestra los tamaños y la distribución típicos de las partículas duras para la incorporación preferida.. CUADRO I A con nuac n se ap ca v rac n a mo e para compactar la capa de partículas dispersas dentro de la cavidad del molde. La aleación infiltrante se coloca entonces en recipiente de distribución de material sobre la capa de partículas dura dentro de la cavidad. Si la operación de infiltración se efectúa en un horno de aire, se añade fundente en polvo para proteger a la aleación. Si la operación desempeña una atmósfera de vacío protectora, no se requiere de fundente. Al utilizar el molde, se dispersa polvo de carburo de tungsteno u otro material adecuado dentro de la cavidad para llenarla, y se coloca una aleación infiltrante en relación con el molde. A continuación la aleación infiltrante y el molde son calentados dentro de un horno a una temperatura a la cual la aleación se funde e infiltra completamente la cavidad del molde, provocando que las partículas de carburo se aglutinen entre sí y con el núcleo de acero 32. Alternativamente, las base 30 puede fabricarse como una coladura de material compuesto que comprende partículas duras, por ejemplo, carburo de boro (B4C) , nitruro de silicio (Si3N4) , o carburo de silicio (SiC) , en una matriz ferrosa fuerte por ejemplo una aleación de acero inoxidable de alta resistencia. En la forma de fibra de polvos, estas partículas pueden reforzar a dicha matriz. Esta matriz puede formarse ya sea mezclando las partículas con la aleación fundida y colando el lodo resultante, o fabricando un elemento preconformado de las partículas y permitiendo que la aleación fundida infiltre el elemento preconformado. La base 30 puede unirse a la punta 29 mediante soldadura por inercia o técnicas y métodos similares para formar la diaclasa transversal de cono giratoria compuesta 11. Una vez que tanto la base 30 (fabricada en una manera distinta al proceso de colado de material compuesto antes descrito) y la punta 29 están fabricadas, estas roquetas separadas se unen de manera que sea substancialmente no destructiva de las características deseables de cada una. Preferentemente, se unen a lo largo de la línea de soldadura 50 (véase la FIGURA 2A) utilizando el proceso de soldadura por inercia en donde una parte se mantiene giratoriamente estacionaria mientras que la otra se hace girar a una velocidad previamente determinada que genera el suficiente calor producido por fricción localizado como para fundir e instantáneamente soldar las partes sin el uso de un material de relleno. Este proceso puede emplear una máquina de soldadura por inercia convencional que se configura para permitir la variación de la masa giratoria dentro de los límites de la capacidad de masa giratoria de la máquina y para hacer girar a la masa a una velocidad controlable y reproducible. Una vez que la pieza giratoria se encuentra a una velocidad giratoria previamente determinada(, las piezas se ponen en contacto con una fuerza de forja previamente determinada. La velocidad giratoria puede determinarse empíricamente con piezas de prueba del mismo tamaño, aleación y condición de unión previa. La deformación completa permite que dos superficies planas de las piezas se unan para entrar en contacto. En un ejemplo, la base 30 con un volumen de 4.722 pulgadas cúbicas y un peso de 1.336 libras se unió con éxito a una punta 29 con un volumen de 16.69 pulgadas cúbicas y un peso de 4.723 libras usando una carga axial de 44,000 libras y una velocidad giratoria de 2200 rpm. En una incorporación alternativa de la invención mostrada en la FIGURA 5 (en donde las piezas correspondientes se identifican con los mismos números de referencia pero primos), la barrena de cono giratoria 10' se fabrica con un material de acero de aleación convencional en una base 30' es integral con la punta 29' . Entre los materiales y compuestos de recubrimiento duro alternativos para la capa 49 ' que aparece en la incorporación de la FIGURA 5 destacan aquellos descritos anteriormente para la capa de recubrimiento duro 46 de las FIGURAS 2, 2A y 3 así como materiales cerámicos de óxidos sólidos tales como albúmina o zirconia. Aunque la presente invención y sus ventajas han sido descritos con detalle, debe entenderse que pueden realizarse varios cambios, sustituciones y alteraciones en la presente sin alejarse del espíritu y alcance de la invención como se definen en las reivindicaciones anexas.

Claims (16)

1. NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la invención que antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes REIVINDICACIONES 1. Una barrena giratoria de cono que forma un pozo de sondeo, comprendiendo la barrena: un cuerpo con un lado inferior y una porción extrema superior adaptados para la conexión a una columna perforadora para rotación en torno a un eje central del cuerpo; varios brazos espaciados angularmente formados integralmente con el cuerpo y dependiendo de éste, teniendo cada brazo una superficie interior con un sitio conectado a éste y una superficie de revestimiento exterior, proyectándose el husillo generalmente hacia abajo con respecto al cuerpo y hacia adentro con respecto al eje y teniendo una porción extrema superior generalmente cilindrica conectada a la superficie interior y una superficie de sellado interior en el husillo dentro de la porción extrema superior; y una pluralidad de diaclasas transversales de cono que igualan en número de brazos y montada respectivamente en uno de los husillo, incluyendo cada una de las diaclasas transversales de cono una pared interna generalmente cilindrica que define una cavidad para recibir respectivamente el husillo, de tal manera que se forma un espacio generalmente cilindrico entre el husillo y la pared de la cavidad, extendiéndose el espacio a lo largo de su longitud en una dirección substancialmente paralela a un eje central del husillo y teniendo un segmento exterior que se intersecta con la superficie de revestimiento y que se abre hacia arriba con respecto al cuerpo y hacia afuera a partir de la superficie de revestimiento, incluyendo una superficie de sellado exterior en la pared de la cavidad concéntrica a la superficie de sellado interior, e incluyendo un elemento de sellado que sella las superficies de sellado interior y exterior; incluyendo cada una de las diaclasas transversales un cuerpo de diaclasa transversal compuesto generalmente cónico que tiene una base formada con un material de acero convencional, con una cara posterior formada con un material metálico duro dispuesto en una porción exterior de la base y teniendo una punta formada con material de acero convencional, en donde el material metálico duro es incompatible con los procesos de tratamiento por calor para la punta; y en donde para cada diaclasa transversal la base tiene generalmente forma de anillo y se forma de manera separada de la punta.
2. 2. La barrena definida por la Reivindicación 1, en donde las diaclasas transversales incluyen cada una un cuerpo de diaclasa transversal generalmente cónico que tiene una base con una cara posterior dispuesta en una superficie exterior del mismo, extendiéndose la base radial y axialmente con respecto al husillo de tal manera que, cercana a la superficie de revestimiento, la cara posterior se extiende a una distancia más allá de la superficie del revestimiento hacia una pared lateral del pozo de sondeo.
3. 3. La barrena definida por la Reivindicación 1, que comprende adicionalmente superficies de metal duro formadas en la superficie de revestimiento y las diaclasas transversales de cono adyacentes al espacio.
4. 4. La barrena definida por la Reivindicación 1, en donde las diaclasas transversales comprenden cada una de ellas una cara posterior que tiene una pluralidad de acanaladuras formadas ahí.
5. 5. Una barrena de cono giratoria para formar un pozo de sondeo, comprendiendo la barrena: un cuerpo con un lado inferior y una porción extrema superior adaptados para la conexión a una columna perforadora para rotación en torno a un eje central del cuerpo; varios brazos espaciados angularmente formados integralmente con el cuerpo y dependiendo de éste, teniendo cada brazo una superficie interior con un sitio conectado a éste y una superficie de revestimiento exterior, proyectándose el husillo generalmente hacia abajo con respecto al cuerpo y hacia adentro con respecto al eje y teniendo una porción extrema superior generalmente cilindrica conectada a la superficie interior y una superficie de sellado interior en el husillo dentro de la porción extrema superior; una pared exterior formada en la porción extrema superior de cada uno de los husillos entre la superficie de revestimiento exterior y la superficie de sellado interior; una pluralidad de diaclasas transversales de cono que iguala el número de brazos y montada respectivamente en uno de los husillos, incluyendo cada una de las diaclasas transversales de cono una pared interior generalmente cilindrica que define en parte una cavidad para recibir respectivamente al husillo, de tal manera que se forma un espacio generalmente cilindrico entre la pared exterior del husillo y la pared interior de la cavidad, extendiéndose una porción del espacio adyacente a la superficie de revestimiento exterior en una dirección paralela a un eje central del husillo, y teniendo un segmento exterior que se intersecta con la superficie de revestimiento y que se abre hacia arriba con respecto al cuerpo y hacia afuera a partir de la superficie de revestimiento, incluyendo una superficie detallada exterior en la cavidad concéntrica a la superficie de sellado interior, e incluyendo un elemento de sello que sella la superficies de sellado interior y exterior; y extendiéndose el espacio desde el exterior de la superficie de revestimiento hasta el elemento del sellado que se encuentra en dirección paralela al eje central del husillo.
6. 6. La barrena definida en la Reivindicación 5, en donde las diaclasas transversales incluyen cada una un cuerpo de diaclasa transversal generalmente cónico que tiene una base que define una abertura de cavidad en una punta dirigida de tal manera que se aleja de la abertura de la cavidad, extendiéndose la pared interior desde la abertura de la cavidad en la dirección paralela con el eje central del husillo, teniendo una porción exterior de la base una forma generalmente frustocónica dirigida de tal manera que se aleje de la punta y rodeando la abertura de la cavidad, teniendo la porción exterior una capa circunferencial y radicilmente continua de material metálico duro dispuesto sobre ésta para formar una cara posterior.
7. 7. La barrena definida en la Reivindicación 5, en donde las diaclasas incluyen cada una un cuerpo de diaclasa transversal compuesto generalmente cónico que tiene una base formada con material de acero convencional con una cara posterior formada con material metálico duro dispuesta en una porción exterior de la base y teniendo una punta formada con material de acero convencional, en donde el material metálico duro es incompatible con los procesos de tratamiento por calor para la punta.
8. 8. Un conjunto de brazo-diaclasa transversal para una barrena de cono giratoria que tiene un cuerpo, comprendiendo el conjunto: un brazo formado integralmente con el cuerpo y teniendo una superficie interior, una superficie de revestimiento, un borde inferior, la superficie interior y la superficie de revestimiento contiguas en el borde inferior; un husillo conectado a la superficie interior e inclinado hacia abajo con respecto al brazo; definiendo una porción del husillo una superficie de sellado interior; definiendo una diaclasa transversal una cavidad con una abertura para recibir al husillo; definiendo una porción de la cavidad una superficie de sellado exterior concéntrica a la superficie de sellado interior; un sello para formar una barrera líquida entre la superficie de sellado interior y exterior; un espacio formado entre la cavidad y el husillo, extendiéndose el espacio desde la abertura de la cavidad en una dirección substancialmente paralela a un eje central del husillo, y teniendo el espacio una abertura continua al borde inferior; y extendiéndose el espacio desde el borde inferior hasta el sello en una dirección paralela al eje central del husillo.
9. 9. El conjunto de la Reivindicación 8, en donde la diaclasa transversal comprende un cuerpo de diaclasa transversal generalmente cónico que tiene una base con una cara posterior depuesta en una superficie exterior de esto, extendiéndose la base radial y axialmente con respecto al husillo de tal manera que, cerca de la superficie de revestimiento, la cara posterior se extiende a una distancia más allá de la superficie de revestimiento hacia la pared lateral del pozo de sondeo.
10. 10. El conjunto de la reivindicación 8 en donde una segunda porción de la cavidad comprende una superficie de cojinete exterior y una segunda porción del husillo comprende una superficie de cojinete interior concéntrica a la superficie de cojinete exterior, dispuesto el sello entre la abertura y las superficies de cojinete.
11. 11. El conjunto de la reivindicación 8 en donde la diaclasa transversal incluye un puerto de diaclasa transversal generalmente cónico que tiene una base que define la abertura de la cavidad y una punta dirigida de tal manera que se aleja de la abertura de la cavidad, extendiéndose la pared interior desde la abertura de la cavidad en la dirección paralela al eje central del husillo, teniendo una porción exterior de la base una forma generalmente frustocónica dirigida de tal manera que se aleje de la punta y rodeando la abertura de la cavidad, teniendo la porción exterior una capa circunferencial y radialmente continua de material metálico duro dispuesto sobre ésta para formar una cara posterior.
12. 12. El conjunto de la Reivindicación 8 en donde la diaclasa transversal comprende un cuerpo de diaclasa transversal compuesto generalmente cónico que tiene una porción de base con una cara posterior y una punta que se extiende de ésta, formado en la punta con material de acero convencional; contenido en la base un núcleo formado con material de acero convencional, definiendo el núcleo una porción exterior de la base, y formada la cara posterior con material metálico duro, en donde el material metálico duro es incompatible con los procesos de tratamiento por calor para la punta.
13. 13. Una barrena de cono giratoria para formar un pozo de sondeo, que comprende: un cuerpo con una porción extrema superior adaptada para conexión a un tubo de perforación, para hacer girar la barrena en torno a un eje central del cuerpo; varios brazos espaciados angularmente formados integralmente con y dependiendo del cuerpo, comprendiendo cada brazo: una superficie interior; un husillo que tiene una porción extrema generalmente cilindrica conectada a la superficie interior; un husillo que se proyecta generalmente hacia abajo y hacia adentro con respecto al eje central; teniendo la porción extrema una superficie de sellado interior sobre sí; y un revestimiento que tiene una superficie de revestimiento exterior; una pluralidad de diaclasas transversales de cono montada cada una de ellas giratoriamente en uno de los husillos, comprendiendo las diaclasas transversales: una pared interior generalmente cilindrica que define una cavidad para recibir al husillo; teniendo la cavidad una abertura extrema; una superficie de sellado exterior en la pared interior concéntrica a la superficie de sellado interior; y una porción extrema de la diaclasa transversal que rodea a la abertura extrema; un elemento de sellado para formar una barrera líquida entre las superficies de sellado interior y exterior; y un espacio formado por la pared interior y el husillo teniendo una abertura entre la superficie de revestimiento y la porción externa de la diaclasa transversal, de tal manera que el espacio se extiende entre la abertura de la cavidad en una dirección substancialmente paralela a un eje central del husillo, y el espacio se extiende desde la abertura extrema del elemento de sellado en la dirección paralela al eje central del husillo.
14. 14. La barrena de cono giratoria definida en la Reivindicación 13, en donde cada una de las diaclasas transversales comprende adicionalmente un cuerpo de diaclasa transversal generalmente cónico que comprende: una punta dirigida de tal manera que se aleje de la abertura de la cavidad; una base, conectada a la punta, para definir parcialmente la abertura de la cavidad; teniendo la base una cara posterior que rodea la abertura de la cavidad; teniendo la cara posterior una forma generalmente fustocónica dirigida de tal manera que se aleje de la punta; y una capa circunferencial y radialmente continua del material metálico duro dispuesta en una porción exterior de la base para formar la cara posterior.
15. 15. La barrena de cono giratoria definida en la Reivindicación 13, en donde cada una de las diaclasas transversales comprende adicionalmente un cuerpo de diaclasa transversal compuesto generalmente cónico con una punta formada con un material de acero convencional y una base acoplada a la punta teniendo una cara posterior formada con material metálico duro, en donde la base comprende un núcleo formado con material de acero convencional,, definiendo el núcleo una porción exterior de la base, y en donde el material metálico duro es incompatible con los procesos de tratamiento por calor para la punta.
16. 16. La barrena de cono giratoria que se define en la Reivindicación 13, en donde la superficie de revestimiento y las diaclasas transversales de cono tienen superficies metálicas duras adyacentes a la abertura para que el espacio minimice la erosión del revestimiento y las diaclasas transversales de cono. RJ8JZMN. Una barrena giratoria (10) para formar un pozo de sondeo que tiene un cuerpo con un lado inferior (15) y una porción superior adaptada (20) para la conexión a una columna perforadora. La barrena (10) gira en torno a un eje central (26) del cuerpo. Varios brazos espaciados angularmente (21) se forman integralmente con el cuerpo y dependen del mismo. Cada brazo (21) tiene una superficie interior (24) con un husillo (23) conectado a éste y una superficie interior (24) con un husillo (23) conectado a éste y una superficie de revestimiento (25) . Cada husillo (23) se proyecta generalmente hacia abajo y hacia adentro con respecto al eje central (26) , tiene una torsión extrema superior generalmente cilindrica conectada a la superficie interior (24) , y tiene una superficie de sellado interior en la porción del extremo superior. Varias diaclasas transversales de cono giratorias (11) igual al número de brazos (21) están montadas cada una en uno de los husillos (23) . Cada una de las diaclasas transversales (11) incluye una pared interna generalmente cilindrica que define una cavidad (36) para recibir el husillo (23) , un espacio (41) con una primera porción generalmente cilindrica definida entre el husillo (23) y la pared de la cavidad, una superficie de sellado exterior en la pared de la cavidad concéntrica a la superficie de sellado interior, y un elemento de sellado (43) que abarca el espacio (41) y que sella superficies de sellado interior y exterior.